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环氧基导热复合材料的制备与性能研究

环氧基导热复合材料的制备与性能研究

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作者：申小松天津大学

学位级别：硕士

近年来,电子设备在运行过程中普遍存在热量积累问题,因此要求电子材料具有良好的导热性能。环氧树脂(EP)能够满足电子材料高绝缘性、良好临界电气特性、低膨胀性等特性,但是环氧树脂的导热系数(TC)很低,严重限制了其在导热领域的应用。... 详细信息

近年来,电子设备在运行过程中普遍存在热量积累问题,因此要求电子材料具有良好的导热性能。环氧树脂(EP)能够满足电子材料高绝缘性、良好临界电气特性、低膨胀性等特性,但是环氧树脂的导热系数(TC)很低,严重限制了其在导热领域的应用。目前提高环氧树脂导热系数主要有本征型和填充型两种方法,其中本征型是通过改变分子链的结构来提高导热系数,填充型是靠添加导热填料提高导热系数。本征导热环氧树脂存在合成复杂、成本高和重复性差等问题,而填充导热复合材料使用普通的环氧树脂结合填料实现高导热,存在界面热阻高、树脂/填料界面结合性差等问题。针对上述问题,本论文创新性地采用本征型和填充型协同的策略,首先通过环氧树脂的改性获得较高的环氧树脂本征导热系数,并在上述基础上填充导热填料实现良好的复合材料界面相容性,获得系列环氧基导热复合材料。论文主要内容如下:首先,采用4,4’-二羟基联苯对环氧树脂进行改性,以增加分子链的“有序性”,减少声子的散射,提高环氧树脂自身的导热系数。改性环氧树脂(MEP)的导热系数达到0.29 W/(m·K),比传统环氧树脂(EP,0.20 W/(m·K))提高了45.0%。伴随导热填料膨胀石墨(EG)的加入,MEP/EG复合材料的导热系数最高达到了2.59W/(m·K),比EP/EG(1.88 W/(m·K))提高了37.7%。此外,MEP的疏水和防腐性能也得到了一定的改善。然后,分别以EP和MEP为基体树脂、碳化硅泡沫(f-Si C)为骨架、氮化硼(BN)为导热填料和纳米碳化硅(nano-Si C)为纳米增强填料,将三维网络与微-纳增强相结合制备了高导热复合材料。MEP/f-Si C/BN/nano-Si C复合材料的导热系数达到4.83 W/(m·K),比EP/f-Si C/BN/nano-Si C(3.50 W/(m·K))提高了38.0%。导热系数和红外热成像图结果表明MEP/f-Si C/BN/nano-Si C复合材料具有优异的导热性能。同时,复合材料还具有良好的热稳定性。最后,合成了甲基丙烯酸锌(ZDMA)代替普通胺类固化剂(聚醚胺,D230)来固化环氧树脂。EP/ZDMA的导热系数为0.27 W/(m·K),比EP/D230(0.21 W/(m·K))提高了28.5%。添加导热填料氮化硼(BN)之后,EP/ZDMA/BN复合材料的导热系数达到了2.41 W/(m·K),比EP/D230/BN提高了67.3%。此外,EP/ZDMA/BN复合材料还具有良好的热稳定性。

关键词：环氧树脂本征导热填充导热复合材料

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